Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же прин- ципы обработки электрических сигналов,что и в любом электрон- ном устройстве: входная информация, представленная различными физическими проце- сами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами,цифрами, звуком ит.д.), преобразуется в электрический сигнал; сигналы обрабатываются в блоке обработки; с помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрическ. сигналы (изображен. на экране).

Каждый комп. состоит из собст- венно вычислительной системы и устройств ввода-вывода. Все вы- числения производит микропро -цессор. При помощи различных устройств ввода (клавиатура, мышь, сканер) информация вводится в ПК, а при помощи устройств вывода (монитор, принтер) выводится. Для хранения информации, с которой работает компьютер, у него есть два основных вида памяти – опе- ративная (ОЗУ - оперативное запоминающее устройство) и постоянная (ПЗУ- постоянное запоминающее устройство). При запуске программы, она считыва- ется из ПЗУ и загружается в ОЗУ.

Работа компьютера обеспечива- ется, с одной стороны, аппарат- ными устройствами, а с другой - программами.

4. Внутренняя и внешняя память компьютера .

Внутренняя память – это память, расположенная на материнской плате. Внутреннюю память составляют два устрой- ства: ОЗУ и ПЗУ. ОЗУ (оперативное запоминающее устр-во) предназначено для хранения текущих программ и текущей информации, т.е. программ и информации, с которыми в данный момент работает пользователь.

ОЗУ является энергозависимой памятью, т.е. при отключении питания оно «забывает» всю записанную в него информацию.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – хранит программу первоначальной загрузки компа, информацию о системной плате и расположенных на ней устр-вах, информацию о подключен- ных устройствах внешней памя- ти, текущее время др. Эта память является энергонезави- симой, т.е. при отключении пи- тания информация в ПЗУ не стирается.

Внешняя (периферийная) память – это память, располо- женная вне материнской платы. На устройствах внешней памяти хранятся тексты программ, доку- менты и другая информация. Эту память часто называют дол- говременной. Если необходимо работать с какой-то программой, то она сначала копируется с устройств внешней памяти в оперативную память и затем запускается. Наиболее часто внешняя память ПК представ- лена накопителями на гибких магнитных дисках (дискетах) и накопителями на жестких дисках (винчестер). Гибкие диски позво- ляют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить наиболее ценную информацию с жесткого диска. Накопитель на жестком диске – предназначен для пос-тоянного хранения информации, используемой при работе с компом.

Что такое компьютер? Коротко можно сказать, что компьютер (ЭВМ – электронно-вычислительная машина) – это машина для производства вычислений. Изначально именно так оно и было. Но так как любую информацию (изображение, звуки и т.д.) можно закодировать числами, то в дальнейшем компьютер научился принимать и преобразовывать любую информацию в то, что мы видим на экране монитора, и слышим в наушниках.

Если же сказать более научным языком, то Компью́тер (англ. computer - «вычислитель») - это устройство или система, способное выполнять заданную чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой (Википедия). Мы же сегодня поговорим о его назначении и принципе работы.

Компьютер. Назначение и принцип работы

Можно было обойтись и без этого урока, но, не имея представления о таких понятиях, как назначение и принцип работы компьютера, вы не сможете понять причины выхода его из строя. А с такими проблемами, вам придется сталкиваться часто. Уж поверьте мне на слово.

Но вы не пугайтесь, и не волнуйтесь. После того, как вы научитесь правильно работать с компьютером (а научитесь вы этому обязательно), то никакой глюк, и никакая поломка вам будет нипочем.

Все части компьютера, которые подключаются к нему при помощи специальных разъемов, делятся на устройства ввода и вывода информации.

К устройствам ввода относятся:

1. Клавиатура

В ноутбуке все эти устройства объединены в одно целое.

Могут быть еще и дополнительные устройства ввода информации:

1. Джойстик (руль, манипуляторы)
2. Микрофон
3. Сканер
4. Web-камера
5. Графический планшет
6. Цифровой фотоаппарат
7. Цифровая видеокамера

К устройствам вывода информации относятся:

1. Монитор
2. Принтер
3. Звуковые колонки
4. Наушники
5. Мультимедиа-проектор
6. Графопостроитель

Один из выдающихся математиков нашего столетия Джон фон Нейман разработал принципы построения логической системы вычислительной машины, способной использовать гибкую запоминаемую программу, которую можно было бы изменять, не перестраивая всей схемы машины. В соответствии спринципами фон Неймана для работы компьютера необходимы следующие устройства:

1) арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции (АЛУ);

2) устройство управления, которое организует процесс выполнения программ (УУ);

3) запоминающее устройство, или память, для хранения программ и данных (ЗУ);

4) внешние устройства для ввода-вывода информации(УВВ);

5) пульт управления (ПУ).

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легкодоступны для других устройств компьютера (рис. 18).

В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для этих операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т. д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от определенных условий и т.д., т. е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления чаще всего объединены в единое устройство - центральный процессор. Кроме того, выполнение программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера, - прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее большинство современных компьютеров соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.

Процессор, илимикропроцессор, является основным устройством ЭВМ и представляет собой функционально законченное устройство обработки информации. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную память небольшого объема, именуемую местной, или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.

Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы. При выполнении программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве -памяти ЭВМ, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится на две части - внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя, илиосновная, память - это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память.

Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать. Такой вид памяти обычно называется ROM (read only memory - память только для чтения), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, эту память называют ROM BIOS (Basic Input-Output System базовая система ввода-вывода).

Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.

Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Часто для оперативной памяти используют обозначениеRAM(random access memory, т. е. память с произвольным доступом).

От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит, с какими программами можно на нем работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно.

Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS-RAM, поскольку эта память обычно выполняется по технологии «CMOS», обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-RAM не изменяется при выключении электропитания компьютера. Эта память располагается на контролере периферии, для электропитания которого используются специальные аккумуляторы.

Для изменения параметров конфигурации компьютера вBIOSсодержится программа настройки конфигурации компьютера Setup. Аккумулятор снабжает электроэнергией и встроенные в компьютер часы (так называемые часы реального времени). Наличие этих часов позволяет не задавать текущее время при каждом включении компьютера.

Еще один вид памяти в IВМ РС-совместимых компьютерах это видеопамять, т. е. память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран монитора.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносными. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко внутренней.

Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств компьютера (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства (рис. 19).

ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования компьютера. Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования информации.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в машину и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти. Иногда устройства ввода-вывода называютпериферийными, иливнешними, устройствами. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы, печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры, звуковые колонки и др.

Монитор принимает изображение от системного блока. Его экран является рабочим полем. С помощьюклавиатуры в компьютер вводятся любой текст, символы, подаются команды и осуществляется управление работой компьютера.Мышь - средство управления курсором на экране монитора. (Все периферийные устройства ввода-вывода описаны в § 8.)

Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контроллеры. Системный интерфейс - это конструктивная часть компьютера, предназначенная для взаимодействия его устройств и обмена информацией между ними. В больших, средних и суперЭВМ в качестве системного интерфейса использовались сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие устройства обеспечивают высок

Важнейшим элементом компьютера является память. Она делится на оперативную и долговременную. Память измеряется в байтах. В одном байте может храниться одна буква или цифра. Используются также величины кило байт (Кб), мегабайт (Мб) и гигабайт (Гб). Один килобайт равен 1024 байтам. Из-за того, что внутри компьютера используется двоичная система счисления, такие числа оказываются более удобными, чем круглые. Доступ к оперативной памяти практически не отнимает времени у процессора, на этой памяти всегда меньше, чем хотелось бы. Ёмкость долговременной памяти гораздо больше, но для доступа к ней требуется довольно большое компьютерное время.

Следующий важный элемент компьютера - контроллер дисплея, или видеоадаптер. Его задача заключается в преобразовании цифровых сигналов, поступающих от микропроцессора, в видеосигнал, подаваемый на дисплей. Видеоконтроллер имеет собственную память, размер которой определяет, на сколько точек можно разбить изображение на экране, и какое количество цветов можно использовать. Наиболее распространёнными в настоящее время являются видеоадаптеры VGA и SVGA.

VGA обеспечивает формирование изображения из 480 линий по 640 точек в каждой, причём одновременно можно использовать только 16 цветов (режим 640Х480Х16). SVGA - адаптеры в зависимости от объёма установленной на них памяти могут работать в большем числе режимов, например, 800х600Х256,1024х768х256 и даже 1600х1200х16млн. Конечно, чем мельче точки, из которых состоит изображение, тем легче глазу его воспринимать.

Существует несколько типов компьютеров, отличающихся составом и характеристиками своих компонентов, которые используются для решения различных задач. Так, для решения сложных задач обработки информации требуется компьютер, который содержал бы наиболее мощное устройство для проведения вычислений. В нём, как правило, несущественно качественное представление информации, и устройство, на котором эта информация отображается, может быть весьма слабым. Обычно компьютеры, удовлетворяющие таким условиям и работающие в общей вычислительной сети офиса, называются серверами и предназначены для обработки информации по требованиям, поступающих с других компьютеров. С другой стороны, компьютер, предназначенный в основном для печати документов, может не иметь столь мощного устройства обработки информации, однако к нему должно быть подключено печатающее устройство часто довольно высокого качества. В офисах используются компьютеры, стационарно располагающиеся на рабочих местах.

Основой персонального компьютера является системный блок . Он организует работу, обрабатывает информацию, производит расчеты, обеспечивает связь человека и ЭВМ. Пользователь не обязан досконально разбираться в том, как работает системный блок. Это удел специалистов. Но он должен знать, из каких функциональных блоков состоит компьютер. Мы не имеем четкого представления о принципе действия внутренних функциональных блоков окружающих нас предметов - холодильника, газовой плиты, стиральной машины, автомобиля, но должны знать, что заложено в основу работы этих устройств, каковы возможности составляющих их блоков.

Системный блок персонального компьютера состоит из системной платы, имеющей размеры 212/300 мм и расположенной в самом низу, динамика, вентилятора, источника питания, двух дисководов. Один дисковод обеспечивает ввод-вывод информации с винчестерского диска, другой- с гибких магнитных дисков.

Системная плата является центральной частью ЭВМ и составлена из нескольких десятков интегральных схем разного назначения. Микропроцессор выполнен в виде одной большой интегральной схемы. Предусмотрено гнездо для дополнительного микропроцессора Intel 8087 - выполнения операции с плавающей запятой. При необходимости повысить производительность компьютера можно поместить его в это гнездо. Имеется несколько модулей постоянной и оперативной памяти. В зависимости от модели предусмотрены от 5 до 8 разъемов, куда вставляются платы различных адаптеров.

Адаптер - это устройство, которое обеспечивает связь между центральной частью ЭВМ и конкретным внешним устройством, например между оперативной памятью и принтером или винчестерским диском. На плате также устанавливают несколько модулей, выполняющих вспомогательные функции при работе с компьютером. Имеются переключатели, которые необходимы для обеспечения работы компьютера при выбранном составе внешних устройств (конфигурация компьютера).

Процессор занимает центральное место в структуре компьютера, так как осуществляет автоматическое управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав компьютера и выполняющее арифметическое и логическое действия.

Внутренняя память - это память высокого быстродействия и ограниченной емкости. При изготовлении блока памяти используют либо электронные схемы на полупроводниковых элементах, либо ферромагнитные материалы. Конструктивно он выполнен в одном корпусе с процессором и является центральной частью ЭВМ. Внутренняя память может состоять из оперативной и постоянной памяти. Принцип ее разделения такой же, как у человека. Мы обладаем некоторой информацией, которая хранится в памяти постоянно, а есть информация, которую мы помним некоторое время, либо она нужна только на тот момент, пока мы думаем над решением какой-то проблемы. Оперативная память служит для хранения оперативной, часто изменяющейся в процессе решения задачи. При решении другой задачи в оперативной памяти будет храниться информация только для этой задачи. При отключении ЭВМ вся информация, находящаяся в оперативной памяти, в большинстве случаев стирается. Постоянная память предназначена для хранения постоянной информации, которая не зависит от того, какая задача решается в ЭВМ. В большинстве случаев постоянной информацией являются программы решения часто используемых задач, например вычисление функций sinX, cosX, lgX, а также некоторые управляющие программы, микропрограммы и т.д. Отключение ЭВМ и включение ее в работу не влияют на качество хранения информации.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Характеризуется она более низким быстродействием, но позволяет хранить большой объем информации по сравнению с оперативной памятью. Во внешнюю память записывают информацию, которая не меняется в процессе решения задачи, программы, результаты решения и т.д. В качестве внешней памяти используют магнитные диски, магнитные ленты, магнитные карты, перфокарты, перфоленты. Устройства ввода - вывода предназначены для организации ввода информации в оперативную память компьютера или вывода информации из оперативной памяти компьютера во внешнюю память либо непосредственно пользователю (НМЛ - накопитель на магнитной ленте НГМД - накопитель на гибких магнитных дисках, НМД - накопитель на жестких магнитных дисках, УПК-устройство ввода-вывода с перфокарт, УПЛ - устройство ввода-вывода с перфолент).

Монитор чем-то похож на телевизор. Но телевизор нельзя смотреть вблизи, потому что он очень вредно действует на глаза. Монитор тоже действует на глаза, но не так сильно, как телевизор. При работе с компьютером больше всего информации мы получаем, глядя на экран монитора. Изображение у мониторов более четкое. Мониторы бывают разные. Они различаются размерами экранов и качеством изображения. Размер экрана измеряют дюймами. Длина половинки спички и есть дюйм. Измеряют экран наискосок - между противоположными углами. Обычные мониторы имеют 14 дюймов. Часто также встречаются мониторы с размером 15 дюймов. Гораздо лучше мониторы, у которых размер 15 дюймов. Они стоят дороже, но их качество выше. С такими мониторами можно работать и без защитного экрана, хотя он и им не помешает.

Клавиатура есть у каждого компьютера. С его помощью в компьютер вводят информацию или отдают компьютеру команды. Прабабушкой клавиатуры компьютера была пишущая машинка. От нее клавиатура получила в наследство клавиши с буквами и цифрами. Но компьютер умеет делать больше дел, чем пишущая машинка, и потому у его клавиатуры намного больше клавиш. Разные клавиши служат для разных дел. Например, у обычной пишущей машинки нет клавиш для стирания того, что написано, а у клавиатуры - есть. Такая пишущая машинка не может вставить новое слово между двумя другими, а компьютер - может, и для этого тоже есть специальная клавиша. Когда мы играем в компьютерные игры, то чаще всего используем клавиши со стрелками. Их еще называют "курсорными клавишами". С помощью этих клавиш можно управлять тем, как бегает по экрану герой игры. Очень часто в играх используются клавиши СTRI и ALT. Одной клавишей герой стреляет, а другой - прыгает. Это довольно большие клавиши, к тому же они находятся в самом низу клавиатуры, и потому ими пользоваться удобно. Самая длинная клавиша - ПРОБЕЛ. Ее можно нажать даже с завязанными глазами. И потому ее тоже очень часто используют в играх.

Мышь - очень удобная пластмассовая машинка для управления компьютером. Это небольшая коробочка, внутри которой крутится резиновый шарик. Когда мышка двигается по столу или по специальному коврику, шарик крутится, а на экране двигается указатель мышки - курсор. Как и клавиатура или джойстик, мышь служит для управления компьютером. Это как бы "клавиатура наоборот". У клавиатуры более 100 клавиш, а у мыши-всего 2, но зато мышь можно катать по столу, а клавиатура стоит на одном месте. У мыши есть кнопки. Обычно их две - правая кнопка и левая. На левую кнопку удобно нажимать указательным пальцем. Поэтому эта кнопка используется очень часто. Правая кнопка используется реже - когда надо сделать что-то очень хитрое или умное. Между двумя кнопками есть маленькое колесико для прокрутки или, как говорят, для быстрого просмотра печатаного материала.

Принтер - это отдельное устройство, которое используется для того, чтобы вывести на бумагу информацию, имеющуюся в компьютере. Он подключается к компьютеру с помощью разъема USB. Самые первые принтеры для компьютеров были струйные и печатали очень медленно. Печатный текст был похожим на тот, что получался при печатании на пишущей машинке.

Сегодня самые популярные принтеры - лазерные. На них получаются странички, не уступающие по качеству книжным.

Сканер - это как бы принтер "наоборот". С помощью принтера компьютер печатает на бумаге тексты или картинки. А с помощью сканера - наоборот. Напечатанные на бумаге тексты или картинки вводят в компьютер для сохранения и для пользования в дальнейшем. Сканерами пользуются художники для рисования предметов для компьютерных игр. Однако художники ими пользоваться не очень любят. Они любят рисовать карандашом на бумаге - так получается лучше и быстрее. Поэтому картинки для игр сначала рисуют карандашом. Потом картинку вводят в компьютер при помощи сканера. Так нарисованная картинка превращается в данные, которые поступают в компьютер. На компьютере картинку раскрашивают. Для раскрашивания используют графический редактор. Хоть графический редактор и не очень удобен для рисования, для раскрашивания он подходит очень хорошо. Сканер необходим художнику, как писателю - принтер.

1. Основные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы работы. Программный принцип работы компьютера.

С давних времен люди стремились облегчить свой труд. С этой целью создавались различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека. Компьютер был изобретен в середине XX века для усиления возможностей интеллектуальной работы человека, т.е. работы с информацией.

Из истории науки и техники известно, что идеи многих изобретений человек подглядел в природе. Например, еще в XV веке великий итальянский ученый и художник Леонардо да Винчи изучал строение тел птиц и использовал эти знания для конструирования летательных аппаратов. Русский ученый Н.Е. Жуковский, основоположник науки аэродинамики, также исследовал механизм полета птиц.

А с кого списали компьютер? С самого себя. Только человек постарался передать компьютеру не свои физические, а свои интеллектуальные способности, т.е. возможность работы с информацией .

По своему назначению компьютер — это универсальное техническое средство для работы с информацией .

По принципам своего устройства компьютер — это модель человека, работающего с информацией

Имеются четыре основных компонента информационной функции человека:

прием (ввод) информации;

запоминание информации (память);

процесс мышления (обработка информации);

передача (вывод) информации.

Компьютер включает в себя устройства, выполняющие эти функции мыслящего человека:

устройства ввода,

устройства запоминания (память),

устройство обработки (процессор),

устройства вывода.

Работая с информацией, человек пользуется не только теми знаниями, которые помнит, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. У компьютера тоже есть два вида памяти: оперативная (внутренняя) и долговременная (внешняя) память.

Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Хоть компьютер и похож на человека по принципу своего устройства, но нельзя отождествлять «ум компьютера» с умом человека. Важное отличие в том, что работа компьютера строго подчинена заложенной в него программой , человек же сам управляет своими действиями.

Программа - это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Таким образом, программный принцип работы компьютера, состоит в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе.

Информация, обрабатываемая на компьютере, называется данными. Во время выполнения программы она находится во внутренней памяти.

Принципы фон-Неймана:

Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств .

Аппаратное обеспечение - система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.

Программное обеспечение - совокупность программ, хранящихся на компьютере.

Описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста называют архитектурой ЭВМ . Архитектура не включает в себя конструктивных подробностей устройства машины, электронных схем. Эти сведения нужны конструкторам, специалистам по наладке и ремонту ЭВМ.

В течении первых тридцати лет развития вычислительной техники компьютеры были крупногабаритными и дорогими устройствами. Из-за высокой стоимости они использовались коллективно. Компьютеры можно было найти в больших корпорациях, университетах, исследовательских центрах, государственных учреждениях и, конечно же, у военных. В России за компьютерами коллективного использования закрепился термин ЭВМ.

Создание персональных компьютеров стало возможным в семидесятых годах. Уточнение «персональный» здесь не случайно - это значит свой, личный, доступный большинству людей, ведь существует большое количество других видов компьютеров, которые персональными никак не назвать - рабочие станции для предприятий, серверы для связи множества компьютеров в сеть и др. в дальнейшем, говоря «компьютер» мы будем иметь в виду именно персональный компьютер.

Персональный компьютер - это компьютер, предназначенный для личного использования. Как правило, один экземпляр персонального компьютера используется только одним, или, в крайнем случае, несколькими пользователями (например, в семье). По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные, портативные и карманные модели ПК. В дальнейшем мы будем рассматривать настольные модели и приемы работы с ними.

На современном рынке вычислительной техники разнообразие модификаций и вариантов компьютеров огромно, но любой, даже самый необычный комплект неизменно включает одни и те же виды устройств.

Базовая конфигурация ПК - минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства:

Системный блок - основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними.

В системный блок входит процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптический дисках и некоторые другие устройства.

- устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.

В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) или плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК).

Изображение на экране ЭЛТ монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов).

Система управления пучком заставляет пробегать его построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки люминофора). Пользователь видит изображение на экране монитора, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора), в высококачественных мониторах размер точки составляет 0,22 мм.

Однако монитор является также источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, зафиксированным в международном стандарте безопасности ТСО"99.

LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Преимущество ЖК-мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности. Но ЖК-мониторы обладают и недостатками. Наиболее важные из них - это плохая цветопередача и смазывание быстро движущейся картинки. Иначе говоря, если взять достаточно качественный ЭЛТ-монитор, то он будет пригоден для любых задач без оговорок - для работы с текстом, для обработки фотографий, для игр и так далее; в то же время среди ЖК-мониторов можно выделить модели, подходящие для игр - но они непригодны для работы с фотографиями, можно выделить модели, имеющие прекрасную цветопередачу - но они плохо подходят для динамичных игр, и так далее.

Мониторы могут иметь различный размер экрана. Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм =2,54 см) и обычно составляет 17, 19, 21 и более дюймов.

- клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводиться в виде алфавитно-цифровых символьных данных. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 информирующих о режимах работы световых индикатора в правом верхнем углу.

- устройство «графического» управления.

В оптико-механических мышах основным рабочим органом является массивный шар (металлический, покрытый резиной). При перемещении мыши по поверхности он вращается, вращение передается двум валам, положение которых считывается инфракрасными оптопарами (т.е. парами «светоизлучатель-фотоприемник») и затем преобразующийся в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране монитора. Главным «врагом» такой мыши является загрязнение.

В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей. Источник света размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженны свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране.

Современные модели мышей могут быть беспроводными, т.е. подключающимися к компьютеру без помощи кабеля.

Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. Обычно эти устройства предназначены для ввода и вывода информации.

Вот некоторые из них:

• Web-камера.

Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку - они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен - для обычной работы он не требуется.

Материнская плата - самая большая плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, - так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем - так называемый чипсет.

Микропроцессор - основная микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую
пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10 -6 м). Например, в процессоре Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памяти их около 291 миллиона.

Основная характеристика процессора - тактовая частота (измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера. Есть еще несколько важных характеристик процессора - тип ядра и технология производства, частота системной шины.

Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения» - оперативная память - с нею он работает совместно. Данные копируются в ячейки процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой).

Оперативная память (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся данные и команды в то время, когда компьютер включен. Процессор может обратится к любой ячейки памяти. Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкостью и т.д.

Может возникнуть вопрос - почему бы не использовать для хранения промежуточных данных жесткий диск, ведь его объем во много раз больше? Это делать нельзя, так как скорость доступа к оперативной памяти у процессора в сотни тысяч раз больше, чем к дисковой.

Для длительного хранения данных и программ широко применяются жесткие диски (винчестеры) . Выключение питания компьютера не приводит к очистке внешней памяти. Жесткий диск - это чаще не один диск, а пакет (набор) дисков с магнитным покрытием, вращающихся на общей оси. Основным параметром является емкость, измеряемая в гигабайтах. Средний размер современного жесткого диска составляет 120 — 250 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.

Винчестером он сначала в шутку был назван в 1973 году, так как некоторые его технические характеристики по названию походили на марку знаменитой винтовки «винчестер». С тех пор название прижилось.

- внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором. По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов.

В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.

Звуковой адаптер . Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой.

Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники . Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона . При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).

Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга.

При наличии специальных дополнительных устройств можно организовать связь компьютеров и на большие расстояния.

Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду.

Для транспортировки данных используют дискеты и оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, BD-ROM).

Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость (одной дискеты - 1.44 Мбайт). По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — начале 1990-х годов. Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство - дисковод . Дисковод — устройство, позволяющее сохранить информацию на дискеты. Гибкие диски не являются надежными носителями информации. Данные могут быть утрачены вследствие механических повреждений магнитной поверхности, воздействия внешних электромагнитных полей из-за дефектов и др. вероятность утраты данных для дискет среднего качества достаточно большая величина (3-5%).

Для транспортировки бо́льших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disk Read Only Memory» и обозначает компакт-диск как носитель информации широкого применения. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт.

Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча.

Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM — скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х - 52х.

Обычные компакт-диски штампуются на заводах и они не могут быть записаны в домашних условиях. Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disk Recordable) для однократной записи и CD-RW (Compact Disk ReWritable) для многократной.

DVD (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск или Digital Video Disk — цифровой видеодиск) — носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков. Однослойный односторонний DVD имеет емкость 4,7 Гбайт.

Единица скорости (1x) чтения/записи DVD составляет 1 385 000 байт/с (т.е. около 1352 Кбайт/с = 1,32 Мбайт/с), что примерно соответствует 9-й скорости (9x) чтения/записи CD.

Blu-ray Disc или сокращённо BD (от англ. blue ray — голубой луч и disc — диск) — это следующие поколение формата оптических дисков — используемый для хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от коротковолнового 405 нм «синего» (технически сине-фиолетового) лазера, который позволяет записывать и считывать намного больше данных, чем на DVD, который имеет те же физические объёмы, но использует для записи и воспроизведения красный лазер большей длины волны (650 нм). Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить до 27 Гбайт информации.

Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.

Примеры портов:

COM (последовательный порт)

LTP (параллельный порт)

USB (последовательный с высокой производительностью)

PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры)

Через последовательные порты данные передаются последовательно байт за байтом. Предельное значение производительности последовательного порта - 112 Кбит/с. Этого недостаточно для передачи больших объемов данных, поэтому к последовательным портам подключают устройства, не требующие высокой производительности: модемы, мыши, устаревшие модели принтеров.

Через параллельный порт передаются одновременно все восемь битов, составляющих один байт. Предельное значение производительности параллельного порта - 5 Мбайт/с. К этому порту, как правило, подключается принтер.

Преимущество параллельного порта от последовательного заключается еще в возможности использования более длинных кабелей для соединения (до 10 м против 1.5 м).

Все современные компьютеры комплектуются портами нового поколения - USB. Это порты последовательного типа, но с высокой производительностью (до 12 Мбайт/с). Кроме высокой производительности к достоинствам USB портов относится удобство работы с ними: не требуется выключать оборудование перед стыковкой, возможно подключение нескольких устройств

к одному порту. Многие модели современной периферийного оборудования могут подключаться к портам этого типа.

Кроме универсальных коммуникационных портов, предназначенных для любого оборудования, компьютер имеет два специализированных порта для подключения мыши и клавиатуры - это порты PS/2. Другие устройства к этим портам не подключаются.